Simulace elektrického oblouku v elektrických přístrojích

Elektrické oblouky mohou být zrádné a náročné na modelování, ale s nástrojem Ansys Charge Plus to teď může být jednodušší než kdykoliv dříve! Elektrický oblouk, který vzniká v průmyslových elektrických zařízeních, může způsobit mechanické, tepelné i chemické namáhání komponent. Proto je důležité jej zahrnout do návrhu.

Všechny články Poptat řešení

Simulace elektrického oblouku v elektrických přístrojích

Elektrický oblouk je elektrický výboj, který vzniká ve vzduchu při překročení jeho elektrické pevnosti. Způsobuje mechanické, tepelné i chemické namáhání elektrických komponent. Proto je nutné při návrhu elektrického zařízení s možným vznikem elektrického oblouku počítat.

V nedávné době se v portfoliu řešení Ansys objevil nástroj Charge Plus, který slouží k simulaci elektrických výbojů ve vzduchu i v pevném dielektriku. Ve vzduchu se elektrické oblouky objevují například při vybavení jističe na jeho kontaktech. V dielektriku se výboje vyskytují především jako částečné výboje, například v oleji distribučních transformátorů či jako úplný průraz dielektrika.

V dnešním článku se podíváme na první příklad, a to simulaci elektrického oblouku ve vzduchu mezi kontakty jističe. Použitou geometrii vidíme na obrázku č. 1.

Obr. 1 Geometrie jističe.png

Obr. 1: Geometrie jističe

Pro nastavení simulace musíme nastavit excitaci (proudová, znázorněna šipkami) a oblast, kde k průrazu dojde (červený obdélník). Pro měření průrazného napětí do modelu vložíme napěťovou sondu a animace budeme zobrazovat na zeleném obdélníku. Nastavení viz obrázek 2.

Obr. 2 Průrazové napětí.png

Obr. 2:Průrazové napětí

Výpočet v nástroji Ansys Charge Plus je prováděn metodou FDTD (finite diference time domain). Využívá se pro modelování elektrodynamických dějů. Výpočet průrazného napětí vychází z Paschenova zákona, rozložení elektrického a magnetického pole pak z Maxwellových rovnic.

Po úspěšně provedeném výpočtu můžeme nejprve zobrazit průrazné napětí mezi kontakty jističe při dané vzdálenosti na obrázku 3.

Obr. 3 Průběh napětí mezi kontakty.png

Obr. 3: Průběh napětí mezi kontakty

Pomocí animace můžeme vytvořit rozložení elektrického proudu oblouku v čase, viz obrázek 4.

Obr. 4. Rozložení elektrického proudu proudovodné dráhy a oblouku.png

Obr. 4: Rozložení elektrického proudu proudovodné dráhy a oblouku

A rozložení intenzity magnetického pole H:

Obr. 5- Rozložení intenzity magnetického pole.png

Obr. 5: Rozložení intenzity magnetického pole

Nástroj Ansys Charge Plus lze propojit s Fluentem, abychom mohli sledovat pohyb oblouku, například do zhášecí komory jističe či spočítat rozložení teploty okolo oblouku. Ale o tom možná někdy příště.

Autor článku